天然气利用技术复习

1第一章1．能源需求弹性系数:能源消费增速与GDP增速之比2．我国能源问题：（1）资源紧缺，不敷需要；（2）能源利用率；（3）石油进口依存度逐年提高，能源安全凸现；（4）我国优质能源在能源结构比重偏低；（5）我国环境污染严重，能源结构急待调整第二章1.天然气是什么？天然气与煤炭、石油并称目前世界一次能源的三大支柱。绝大多数天然气是气体化合物与气体元素的混合物，其基本成分为甲烷，此外还有C2～5烃类气体、N2、CO2、H2S等非烃类气体，是优质的气体燃料和基本的化工原料。2.天然气分为常规天然气和非常规天然气常规天然气：在地壳岩石层中聚集为气田的天然气或与石油伴生的天然气。非常规天然气：煤层气（CBM）,天然气水合物（NGH）,页岩气、地下水圈溶解气，致密砂岩气（TightSandsGas）,深盆气等。3.天然气工业概念：将自然存在的天然气开采出来，供给终端的用户作为燃料、化工原料的生产系统称为天然气工业。天然气工业由资源勘探、开发生产，长距离输送和分配应用三大部分构成，俗称天然气工业的上、中、下游。4.天然气的应用方向：能源种类的气体燃料、化工原料作为一次能源利用的特点：(细化)（1）高效（2）清洁（3）方便（易于运输与储存）（4）安全性好（5）经济性好（6）资源丰富5.天然气资源分为两大类别：储量和资源量储量：对于根据获得的参数和数据比较确定掌握的资源称为地质储量。资源量：对于认识程度较差，有相当大的推测成分的非储量部分。储量和资源量的总量是要少于实际客观存在的资源的总量的。6.探明储量：在现代技术和经济条件下可供开采并能够获得利润的可靠储量。可采储量：是一个技术经济范畴，即在现有技术条件下具有不低于探井工业气流标准（单位为104m3/d，其规定值与气层埋深有关），有足够的产气量和开发时间，具有合理的销售价格和采气利润率等经济性条件的储量。储采比：可采储量减去已采储量称为剩余可采储量。储采比定义为剩余可采储量与当前生产量的比值。第三章1.天然气的分类按产状分类（游离气、溶解气、吸附气及固体气）按经济价值分类（常规天然气和非常规天然气）按来源分类（有机来源和无机来源）按组成分类（按烃类组成分为：干、湿气（富气、贫气），烃类气、非烃类气；按酸2气含量分为：净气、酸气）我国习惯分法：伴生气、气藏气和凝析气伴生气：系产自油藏（含油储集层）的气，也称油田气。指在地下储集层中伴随原油共生，或呈溶解气形式溶解在原油中，或呈自由气形式在含油储集层上部游离存在的天然气。伴生气一般多为富气。气藏气：系产自气藏（含气储集层）的气，也称气田气。指在地下储集层中均一气相存在，采出地面仍为气相的天然气。气藏气多为贫气。凝析气：系产自具有反凝析特征气藏的气。指在地下储集层中呈均一气相存在，在开采过程中当气体温度、压力降至露点状态以下时会发生反凝析现象而析出凝析油的天然气。2.天然气相对密度（在相同压力和温度条件下，天然气的密度与干空气密度之比）airggS293.1/SgiigSyS964.28/MS3.理想气体状态方程实质上是实际气体的压力P趋向零或体积V趋向无穷大时的极限状态气体。在天然气工程计算时，一般将低压（1.0MPa），温度在10～20℃的天然气视为理想气体进行状态计算。nRTPV4.真实气体状态方程a、R－K状态方程)(5.0bVVTabVRTPb、R－K－Soave状态方程)()(bVVTabVRTPc、P－R方程)()()(bVbbVVTabVRTPd、BWRS方程)exp()1()()()(222363240302000TcTdaTdabRTTETDTCARTBRTP第四章1.商品天然气的质量要求（1）热值（2）水露点（3）烃露点（4）硫含量（H2S）（5）二氧化碳含量2.什么是燃气的热值？燃气热值：是指单位体积的燃气完全燃烧所放出的热量，分为高热值（QH）和低热值（QL）两种，高低热值数字之差为燃烧产生的烟气中水蒸汽的气化潜热。33.华白数：是衡量燃气输给燃烧器热负荷大小的特性参数，是指控制燃具热负荷稳定状况的指标，也称热负荷指数，W=H/d0.5。W--华白数；H--燃气高热值，MJ/m3（kcal/m3）；d--燃气相对密度。（空气相对密度为１）。华白指数是天然气的一个特性。它量化了热输入，并综合考虑了热值和天然气密度，是燃气互换性的一个判定指数。一般规定，在两种燃气互换时华白指数的允许变化不大于±5-10%。4.烃露点烃露点要求是用来防止在输气或配气管道中有液体烃析出。析出的液体烃聚集在管道低洼处，会减少管道流通面积。烃露点一般根据各国具体情况而定，有些国家规定了在一定压力下允许的天然气最高烃露点。例如：加拿大艾伯塔省规定在5.5MPa下的最高烃露点为-10℃。5.水露点水露点要求是用来防止在输气或配气管道中有液体水析出。液态水的存在会加速天然气中酸性组分（H2S、CO2）对钢材的腐蚀，还会形成固态天然气水合物，堵塞管道和设备。水露点一般是根据各国具体情况而定。在我国，对管输天然气要求其水露点应比输气管道中其他可能达到的最低温度低5℃。也有国家是规定天然气中的水蒸汽含量，如加拿大艾伯塔省规定水蒸气含量不高于65mg/m3。6.天然气的净化天然气净化的目的是将天然气中的水、硫和二氧化碳等成分的含量降至工业和民用商品天然气所要求的指标，且符合环境法规的要求。它通常包括四类工艺处理，天然气脱水、脱硫、硫磺回收和废气处理。7.天然气脱水的方法天然气脱水是防止水合物形成的最好方法（1）冷却法：分为直接冷却、加压冷却、膨胀制冷冷却和机械制冷冷却（2）吸收法：甘醇法脱水装置（3）吸附法8.天然气脱硫方法（1）化学吸收法（醇胺法为主）：靠酸碱反应吸收酸气，升温脱出酸气（2）物理吸收法：靠物理溶解吸收酸气，闪蒸脱出酸气（3）联合吸收法：兼有化学及物理吸收法二者的优点（4）直接转化法：靠氧化还原反应将H2S氧化为元素硫（5）非再生性法：与H2S反应，定期排放（6）膜分离法：靠气体中各个组分渗透速率不同而分离（7）低温分离法：靠低温分馏而分离9.硫璜回收与尾气处理硫璜回收系统指将脱硫装置再生析出的酸性气体中的H2S等转化为硫磺的过程，通常指配以计量空气先将H2S燃烧继以催化转化的克劳斯法生产硫磺工艺。硫回收率可达95％。目前国内外已工业化的尾气处理方法：（1）灼烧法（干法、湿法和直接灼烧法）；（2）延续反应法（低温克劳斯法）；（3）H2S回收法（还原—吸收法）及SO2回收法（氧化—吸收法）。10.克劳斯法克劳斯法生产硫磺工艺原理：采用氧化催化制硫法。4OHSxSOOHOHSOOSHx222222223232总反应为：OHSxSOSHx22233323一般克劳斯装置进料气中含有饱和水蒸汽，H2S含量为30％～80％，烃类含量为0.5％～1.5％，其余主要为CO2，这样组成的进料，反应温度在980℃～1370℃。生成的S分子形态主要是S2。OHSSOSH22222232克劳斯法生产硫磺工艺流程示意图11.目前实际应用的天然气储运方式有：（最常用的是PNG和LNG输送）（1）通过管道在压力下以气态采取的运输的形式是长距离高压管道输送（PNG）；（2）利用低温技术将天然气液化（LNG）经由海路或陆路常压液态运输；（3）在高压（20Mpa）容器储存和输送（CNG）；（4）利用多孔介质的吸附作用储存天然气（ANG）等。12．长输管线的定义：连接脱硫净化厂或LNG终端站与城市门户站之间的管线。长输管道的特点：大口径、长距离、高压力、巨输量。13.LNG是天然气经过脱酸、脱水处理，通过低温工艺冷冻液化而成的低温(-162℃)液体混合物。每生产一吨LNG的动力及公用设施耗电量约为850kw·h。天然气的最佳储存方式：地下储存库。14.天然气储存的意义：（1）是调节供气不均衡性的最有效手段；（2）可减轻季节性用量波动和昼夜用气波动所带来的管理上和经济上的损害；（3）保证系统供气的可靠性和连续性；（4）可充分利用生产设备和输气系统的能力；（5）保证输气供应系统的正常运行；（6）提高效率，降低输气成本。第五章1．天然气的应用有两种方向：属于能源种类的气体燃料和作为化工基本原料。天然气的能源利用：（1）热电联产和联合循环发电（2）城市燃气（3）分布式能源－天然气最高效率的利用途径（4）天然气作为交通能源2.总能系统：为了节约能源，提高天然气等能源的利用率，依据工程热力学理论，借助系统工程的方法，综合研究整个工厂中能量传递、转化和利用的全过程，按能量的品位高低，安排用于发电(或做动力)和供热，不同温度的热能按应用要求进行合理分配，做到热电结合，实现不同品位的能量梯级利用，达到最大限度地提高能源利用率。5基本形式仍是热电联产和联合循环发电。3.热电联产：是指从一个能源顺序取得电和热两种以上的有效能量供实际利用的技术。燃气／蒸汽联合循环发电：是指一个能源经燃气轮机输出动力发电后，排出的较高温度烟气在排气余热锅炉中发生蒸汽，再以此蒸汽送入蒸汽轮机发电。4.汽轮机形式：5.理想蒸汽轮机循环蒸汽轮机循环是以水和水蒸气为工质的热机，在理想状况下，由给水泵、锅炉、汽轮机和凝汽器四个主要设备组成的理想蒸汽循环（也称朗肯循环）的热力系统。工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质，如空气。66.燃气轮机理想简单循环简单循环是指由压气机、燃烧室、燃气透平三个基本部件组成的按照图中的方式构成的燃气轮机循环，这种热力循环也称布雷顿循环。理想循环是指燃气轮机中的工质是理想气体，气体的热力性质和流量不变，以及循环过程无损耗。7.燃气轮机循环的性能主要取决于压缩比和温度比两个热力参数。*4*3*1*2PPPP*1*3TT8.燃气轮机循环性能指标燃气轮机循环的性能的主要指标是比功、循环热效率和有用功系数。9.比功：工质经过工作循环，单位质量工质（空气）对外界所做的功，燃气轮机向外界输出的净功。比功的大小反映了工质对外做功能力的大小。(忽略燃气与空气在流量上的差异)CTnWT–透平的比功，J/kg；Wc—压气机的比功，J/kg。燃气轮机的循环比功大，说明在做功量相同时，工质的流量小，机组的尺寸就可能较小；或者在同样的工质流量和装置尺寸下，燃气轮机的功率大。10.燃气轮机理想简单循环比功与压比和温比的关系111*1mmPnTCwm=（k-1）/k,k为绝热过程方程式的指数温比τ不变时比功Wn随着压比π的变化有一最大值，称为最佳压比maxw，mw21max效率与压比和温比的关系mBngtqw11燃气轮机的热效率gt仅与压比π有关，压比π越大，效率gt越高。11.复杂循环复杂循环包括间冷循环、再热循环、间冷再热循环和回热循环4种。单独采用间冷循环或中间再热循环可增大比功，而单独采用回热循环可提高效率，若将这几种措施结合起来可达到更理想的效果。7理想回热循环的效率：mt112．蒸汽轮机循环和燃气轮机循环的局限性蒸汽轮机和燃气轮机所采用的热力学循环的特点完全不同，蒸汽轮机循环利用了蒸汽可在常温下凝结的特性，可以实现较低的工质平均放热温度（～40℃），却不能实现较高的工质平均吸热温度（～550℃）。而燃气轮机循环的工质平均吸热温度很高（～1500℃），但工质平均放热温度（～600℃）不低。813.余热锅炉型联合循环14.余热锅炉的设计：（1）为了使燃气轮机的烟气余热能够在余热锅炉中被充分利用，因尽可能降低烟气离开余热锅炉时的温度。（2）在余热锅炉的设计中，要保证锅炉给水的饱和蒸汽段的起始点与烟气侧之间有一定的温差，通称“节点温差”。通常取节点温差为：10～20℃。（3）对排烟温度的选取还要受烟气酸露点温度的限制。（4）在燃烧含硫量极少的天然气燃料的联合循环中，余热锅炉的排烟温度一般取为100℃以下。15.联产（CHP）：侧重于提高一次能源转换效率——通过“联合生产”不同品位的二次能源：功